三台阶七步法在百丈隧道施工中的应用

刘实旺

（中交第四公路工程局有限公司 北京 101101）

1 工程概况

梧柳高速№A01-8合同段百丈隧道为分离式隧道，右线进洞口桩号为K152+362，出洞口桩号为K152+819，隧道全长457m。隧道净宽均为11.50m，净高5.00m。右线进口段围岩主要为坡残积粉质粘土，全、强风化粉砂岩，整体上为Ⅴ级围岩，围岩岩体结合较差，无自稳能力。设计采用S5-A衬砌；开挖方法采用环形开挖预留核心土法。隧道右线在掘进施工过程中，进口段出现初期支护开裂、拱顶沉降、掌子面渗水溜坍、地表开裂等现象。根据补勘及现场调查，隧道进口段地质构造作用强烈，隐伏断裂带土体含水量高、强度低、自稳能力差。经业主、设计、施工、监理、专家五方研究讨论，拟定处治方案为衬砌支护参数由S5-A调整为S5-Q，见表1，为保证掌子面稳定，施工开挖方法采用三台阶七步法。

表1 百丈隧道变更前后衬砌支护参数对比

2 施工特点

目前，隧道施工中的开挖方法主要是有中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）、双侧壁导坑法、台阶法、全断面开挖法等。隧道工程项目的施工开挖全部环节要进行两侧的分别开挖，并且要做好隧道工程项目内部的支护结构，确保工程项目的挖掘稳定和安全。混凝土仰拱超前施作及时闭合，最后形成一个稳固的整体支护体系的隧道开挖方法。

与其他的隧道工程项目的建造施工的技术相比而言，应用三台阶七步法进行隧道工程项目的施工建造具有很多显著的优势，首先这种技术的使用可以最大化的利用施工空间，相关机械设备可以在隧道掘进施工中高效的使用，能够显著的提升施工的整体效率和质量。同时明显缩短施工工期，减少工程项目施工的总体成本，改善了工程项目建造的经济效益。由于施工过程中的支护结构可以在早期进行建造，支护结构的健全稳定可以尽可能的减少工程项目的结构变形，保障施工过程中的安全。与此同时，隧道施工开挖的过程是通过分阶段进行的，不会在很大范围内造成隧道内岩土结构的破坏，进而保障了隧道开挖过程中的岩土结构稳定，防止出现岩石塌落的安全风险事故，而且支护结构是可以进行调整的，并且结合工程项目开挖施工的进度情况进行针对性的调整，展现了较高的工程适应性，在安全和效率以及经济性上都有所兼顾。

3 施工工艺

三台阶七步开挖法是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式，隧道洞身开挖采用自上而下分上、中、下三台阶、七步骤，每开挖一步均及时施作初期支护，各部位的开挖与支护沿隧道纵向错开、平行推进的一种隧道施工开挖方法。

第一步：隧道上部弧形导坑环向开挖，施做隧道拱部初期支护。

在拱部超前支护施工完成后进行环向开挖①部上台阶施工，根据百丈隧道围岩情况开挖时逐榀进行开挖，进尺不大于0.6m，上台阶长度超出中导坑为3m，开挖高度不超过2.5m，每次开挖后，立即喷射混凝土封闭隧道掌子面，并及时施作隧道初期支护，即初喷混凝土、施工锚杆、安设钢筋网、架立钢拱架、施作锁脚锚杆并与钢架焊接牢固，复喷混凝土至设计要求厚度。

第二步、第三步：隧道工程项目的中台阶部分施工开挖环节要进行两侧的分别开挖，并且要做好隧道工程项目内部的支护结构，确保工程项目的挖掘稳定和安全。在滞后于①部一段距离后，左右交错开挖隧道②、③部；开挖时进尺不大于0.6m，开挖高度不超过2.5m，左右侧台阶错开距离为1～3m。开挖后立即喷混凝土封闭隧道掌子面，并及时施作导坑周边的隧道初期支护。

第四、五步：隧道工程项目的下台阶部分施工开挖环节要进行两侧的分别开挖，并且要做好隧道工程项目内部的支护结构，确保工程项目的挖掘稳定和安全。在滞后于③部一段距离后，左右交错开挖隧道④、⑤部；开挖时进尺不大于0.6m，开挖高度2.5m左右，左右侧台阶错开距离为1～3m，开挖后立即喷混凝土封闭隧道掌子面，并及时施作导坑周边的隧道初期支护。台阶左右两侧交错落底，单侧每次落底长度不得大于2榀拱架。

第六步：分台阶开挖隧道⑥部上、中、下台阶核心土。

第七步：施工隧道仰拱及左右仰拱填充。

在隧道工程项目的开挖施工过程中，要首先进行隧道施工区域的支护结构的建立，然后才可以进行隧道工程的分区域开挖施工，在隧道工程项目的仰拱结构挖掘完成后，必须立即进行隧道支护结构的建设，采用混凝土喷涂的方式，将裸露岩体进行封闭，同时根据隧道工程项目的建造施工方案和施工计划，将仰拱结构的支撑钢结构进行高标准的安装，然后再进行混凝土的二次喷涂，混凝土喷涂的厚度必须要符合工程项目的设计标准，确保隧道工程项目的挖掘施工区域的支护结构的总体质量。

根据对隧道工程项目的建造施工过程的各项施工数据的监测和分析结果可以清楚地看到，施工阶段必须要确保隧道挖掘施工区域的岩土结构的稳定，高标准的应用支护结构，完成工程项目的挖掘建设，确保整个施工过程的安全有序的进行。

三台阶七步法施工应做好施工中的工序衔接，有效地提升工程项目的建造施工效率，将各种施工工序和施工环节紧密的联系在一起，做好施工关键节点的控制和管理，在工程施工过程中应始终坚持安全控制和质量管理的相关要求。

4 施工控制要点

4.1 做好超前预支护

在隧道工程项目开始挖掘建造的过程中，需要采用超前预支护技术，确保隧道工程项目的挖掘过程的安全。有效地利用超前支护技术，可以将隧道挖掘施工环节的承载力沿着支护结构进行传导，保证岩土结构的稳定性。应用该技术的时候，必须要充分的结合隧道工程项目的建造施工实际，并且严格科学的勘测工程项目建造施工区域的地质地貌情况，设定最佳的支护施工方案，保障隧道工程项目的施工质量和施工安全。

4.2 严格控制开挖长度及台阶长度

在该工程项目的隧道建设施工期间，每一次施工开挖工作的长度都要严格的进行控制，发掘阶段的台阶长度要控制和缩短，为了更好的确保尽早建立隧道施工区域的完整支护结构。并且进行科学合理的岩土结构的勘测分析，根据隧道岩石结构勘测的数据，设定更加合理的施工计划，一个接一个有序地进行隧道挖掘施工，挖掘施工的长度不超过0.6m。挖掘完成后，应立即进行初步的混凝土喷射施工，以尽可能的缩短挖掘岩石表面暴露在环境中的时间。在该工程项目的隧道施工建设期间，由于勘测数据结果显示隧道内岩土结构的稳定性条件非常差，阶段挖掘长度应尽量的予以缩短，以确保隧道的初始支护结构可以尽快的完成。如果一个挖掘施工环节的长度过大，那么挖掘岩土表面就会长时间暴露在空气中，支护结构的建立也会需要耗费更长时间，很容易出现岩土结构的不稳定，造成一定的安全风险。

4.3 采用弱爆破

在隧道工程项目的掘进施工环节，往往需要应用到爆破施工的技术进行隧道开挖，在这个过程中必须要严格地控制爆炸药物的量，防止爆破对周边岩土结构的稳定性产生破坏，影响整个工程项目的建造安全。

4.4 加强拱脚承载力

在百丈隧道工程项目的建造施工阶段，由于采用的特殊建造施工手段，在工程项目开始进行挖掘的时候，支护结构的承载压力是比较强的，支护结构两侧的拱脚结构承担了大部分垂直方向的荷载，如果拱脚部位的承载能力较差，那么就很有可能会产生一系列的施工安全隐患问题。所以必须要在初期加强支护结构拱脚部位的支护能力，确保隧道工程项目挖掘过程的岩土稳定性，进而提升隧道工程项目的施工安全。

4.5 加强初期支护纵向连接

隧道工程项目的建造施工过程中，隧道内部的岩土结构稳定性直接关系到隧道工程项目的安全和使用情况，所以必须要保证隧道内部岩土结构的承重能力，以及隧道基础结构周围岩石的稳定性。隧道挖掘施工过程中要做好隧道的支护，将内部的岩土荷载进行转移，这样隧道挖掘过程中产生的荷载就可以沿着稳定、全面的支护结构进行远端传递，防止隧道内部岩土的稳定结构破坏造成岩石塌落。

4.6 仰拱和二衬紧跟

在隧道工程项目的开挖过程中，需要合理的监测和控制隧道掘进台阶的总体长度，此外，隧道仰拱和隧道的二衬在施工过程中必须严格津贴台阶位置，建立一个稳定、坚实的隧道支持防护结构。由于隧道工程项目的仰拱结构没有进行良好支护施工的部分，承载能力较差，隧道施工的工程不断加深，在支护能力较差的部位很有可能会出现隧道内部岩土结构的变形，这直接会导致隧道岩层的不稳定，甚至产生塌落的危险。所以，需要在挖掘施工的操作过程中，将仰拱结构的施工提升速度，这样可以更好地给隧道工程施工提供较强的支护能力，加强隧道内部岩土结构的强度。当然拱基的支承能力是比较有限，这时候就要加强二次衬砌，以便隧道内部形成一个较为稳定、强度较大的支护结构。

4.7 监控量测要求

必须要在施工前科学严谨的勘测隧道内部的地质情况，并且勘测数据进行分析处理，隧道内部的详细数据需要在工程项目施工计划当中得到充分的参考。按照工程项目的建造施工标准规范施工行为，实时绘制隧道施工的时间-位移曲线。

4.8 完善隧道洞内临时防排水系统

工程项目的建造施工阶段，需要做好隧道内部的配水系统的建设施工，高水平、高质量的隧道排水系统应用可以有效地排除隧道内部的积水，防止工程项目的浸水导致结构损坏的问题。

5 结语

梧柳高速百丈隧道右线软弱围岩段施工中，按照三台阶七步开挖法施工，自2015年4月份开始开挖，日进尺平均在2m左右，施工过程严格控制施工质量，加强安全管理，于2015年11月顺利实现右线贯通。

三台阶七步法施工工法，合理地利用的时间和空间进行施工，开挖后及时做好初期支护，尽快的封闭开挖面闭合成环，形成稳定的支护体系，方法安全、可靠，操作性强，已成为隧道软弱围岩施工的成熟工法。